JP5384781B2 - 秘匿通信システムおよび共有秘密情報の生成方法 - Google Patents
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Description
誤り訂正処理としては、たとえば非特許文献3に示されたような方法がある。この方法では、送信器および受信器において選別鍵のビット列を複数のブロックに分割し、各ブロックのパリティを照合することによって誤りを含むブロックを特定し、当該ブロックに関してハミング符号を適用する等して誤り訂正を行う。加えて、1つのブロック内に偶数個の誤りを含む場合を想定し、ビット列をランダムに並び替えて再度パリティ照合並びに誤り訂正を行う。このような確認作業を複数回(V回)繰り返すことによって秘密ビット列の残留エラー検知を行う。たとえば、パリティ検査ビット数を選別鍵ビット数の約半数とすれば、パリティ照合をV回繰り返した場合、残留エラーが検知できない確率は1/2V以下となる。このようなパリティ公開によってVビットの情報量が第三者に漏れているので、Vビットの鍵を破棄する。この誤り訂正過程を経て、Gビットの鍵情報が残ったとする。
秘匿増強処理としては非特許文献4に示されたような方法がある。秘匿増強処理は、鍵配布中に漏洩した可能性のある情報量を除去し新たな乱数を生成する過程である。ここではGビットの鍵情報をFビット(F<G)に振るい落とす。具体的には、次のような手順となる。
ここで、eは量子通信を盗聴されて盗まれた情報の割合であり、eGビットの情報が盗聴者Eveにより所有されているものとみなされる。Vは残留エラー検知過程で開示されたビット数である。Sは秘匿増強におけるセキュリティパラメータであり、大きいほど完全秘匿に近づく。
(2)秘匿増強処理において、上述したように、秘匿増強処理後の鍵量(新規乱数のビット数)Fは、誤り訂正後のGビット鍵情報から盗聴者Eveにより所有されているとみなされるeGビットの情報を差し引くことで求められること(F=G−eG−V−S)。ただし、Vは残留エラー検知過程で開示されたビット数、Sはセキュリティパラメータであるが、ユーザ要求を反映するのはパラメータとしては盗聴可能性の割合eを用いるのが望ましい。盗聴可能性の割合eおよびセキュリティパラメータSの両方を変化させることも可能である。
以下、盗聴者EveがPNS攻撃を行うものと想定して本発明の基本的動作を説明する。他の盗聴方法を想定しても同様である。
図2は平均光子数に対する秘匿増強後の鍵量および安全度の変化を示すグラフである。図2において、曲線10はPNSを想定した場合の完全秘匿増強後の鍵量の平均光子数に対する変化、曲線11は秘匿増強を行わない場合の鍵量の平均光子数に対する変化、曲線11aは0.5e秘匿増強後の鍵量の平均光子数に対する変化、曲線12は曲線11に対応する安全度の変化、曲線12aは曲線11aに対応する安全度の変化をそれぞれ示す。ただし、μは平均光子数、IBはBobの情報量(鍵量)、IEVEはEveの情報量(盗聴の可能性がある鍵量)である。
図3は本発明の第1実施形態による通信システムの概略的構成を示すブロック図である。本実施形態では送信器100と受信器200とが光ファイバ伝送路300を介して接続されている場合を例示する。
上述した第1実施形態では、ユーザ要求に応じた安全度や鍵量/鍵生成速度で最終的な暗号鍵が生成されるが、本発明の第2実施形態では、ユーザからの要求を予め受け付けておき、事前に固定長の暗号鍵を複数個生成して格納しておく。すなわち、予めユーザ要求に応じた安全度に対応する暗号鍵を複数個生成して厳重に格納しておき、暗号鍵を更新する際に、格納された複数の暗号鍵から1つを選択して暗号化/復号化部へ出力する。ただし、Vernam暗号の場合は鍵とデータとが同じ長さとなり鍵は固定長ではない。
図6は本発明の第2実施形態による通信システムの概略的構成を示すブロック図である。本実施形態によるシステムは複数のユーザにそれぞれの要求に応じた安全度の秘匿通信を提供することができる。
上述したように、ユーザ要求に応じた安全度や鍵量/鍵生成速度で最終的な暗号鍵が生成され、その暗号鍵を用いてユーザ信号の暗号化および復号化が行われる。本発明によるシステムでは、このような安全度や鍵量/鍵生成速度の指定に対して安全度や鍵量/鍵生成速度に応じた課金を行うことができる。
200 受信器
110 210 量子暗号鍵配布(QKD)部
111 量子暗号鍵配布送信器(TX)
211 量子暗号鍵配布受信器(RX)
112 可変光減衰器(ATT)
120、220、121、221 安全度制御部
130、230、132、232 暗号化/復号化部
140、240 鍵サーバ
41 選択部
42、43 鍵ストレージ
44 選択部
300 光ファイバ伝送路
301 量子チャネル
302〜305 古典チャネル
Claims (19)
- 複数の通信チャネルにより接続された第1通信器と第2通信器との間で共有される共有秘密情報を生成する方法において、
a)前記共有すべき秘密情報に対する安全度が与えられ、
b)一の通信チャネルを通して前記第1通信器が前記安全度に応じて決定される平均光子数の光パルスで第1秘密情報を送信し、当該第1秘密情報と前記一の通信チャネルを通して前記第2通信器が受信した第2秘密情報とに基づいて、前記第1通信器と前記第2通信器との双方に第3秘密情報を生成し、
c)前記第3秘密情報から、前記安全度に応じて決定される盗聴可能性を有する情報量を除去することで、最終的に前記共有秘密情報を生成するものであって、
前記安全度は、盗聴されうる情報量を完全に排除した完全秘匿増強処理により残留する安全な秘密情報の情報量と、秘匿増強処理により残留する秘密情報の情報量と、に基づいて決定され、前記光パルスの平均光子数は前記安全度の増大に応じて減少する関係を有し、
前記第3秘密情報から除去される盗聴可能性を有する情報量および前記平均光子数の両方を、前記安全度および前記共有秘密情報の量に従って、変更することを特徴とする共有秘密情報の生成方法。 - 前記第1通信器および前記第2通信器のいずれか一方が前記安全度を他方の通信器へ通知し、
前記第1通信器および前記第2通信器の双方が前記安全度に応じて秘匿増強設定を行ない、秘匿増強処理において、前記第3秘密情報から、前記安全度に応じて決定される盗聴可能性を有する情報量を除去することで最終的に前記共有秘密情報を生成することを特徴とする請求項1に記載の共有秘密情報の生成方法。 - 複数の通信チャネルにより接続された第1通信器と第2通信器との間で秘匿通信に使用される共有秘密情報を共有する方法において、
a)共有すべき秘密情報に対する安全度が与えられ、
b)一の通信チャネルを通して前記第1通信器が前記安全度に応じて決定される平均光子数の光パルスで第1秘密情報を送信し、当該第1秘密情報と前記一の通信チャネルを通して前記第2通信器が受信した第2秘密情報とに基づいて、前記第1通信器と前記第2通信器との双方に第3秘密情報を生成し、
c)前記第3秘密情報から、前記安全度に応じて決定される盗聴可能性を有する情報量を除去することで共有秘密情報を生成し、
d)前記a)−c)を繰り返すことで複数の共有秘密情報を格納し、
e)前記秘匿通信に使用される共有秘密情報を更新するときには前記格納された複数の共有秘密情報から1つを選択するものであって、
前記安全度は、盗聴されうる情報量を完全に排除した完全秘匿増強処理により残留する安全な秘密情報の情報量と、前記秘匿増強処理により残留する秘密情報の情報量と、に基づいて決定され、前記光パルスの平均光子数は前記安全度の増大に応じて減少する関係を有し、
前記第3秘密情報から除去される盗聴可能性を有する情報量および前記平均光子数の両方を、前記安全度および前記共有秘密情報の量に従って、変更することを特徴とする共有秘密情報を共有する方法。 - 前記複数の共有秘密情報は複数の安全度毎に格納されることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記第1通信器および前記第2通信器のいずれか一方が前記安全度を他方の通信器へ通知し、
前記第1通信器および前記第2通信器の双方が前記安全度に応じて秘匿増強設定を行ない、秘匿増強処理において、前記第3秘密情報から、前記安全度に応じて決定される盗聴可能性を有する情報量を除去することで最終的に前記共有秘密情報を生成することを特徴とする請求項3または4に記載の共有秘密情報を共有する方法。 - 複数の通信チャネルにより接続された第1通信器と第2通信器とを含む秘匿通信システムにおいて、
前記第1通信器および前記第2通信器の各々は、
共有秘密情報に対する安全度に応じて秘匿増強処理制御および一の通信チャネルの光パルスの平均光子数制御を行う安全度制御手段と、
前記一の通信チャネルを通して前記第1通信器が前記安全度に応じて決定される平均光子数の光パルスで第1秘密情報を送信し、当該第1秘密情報と前記一の通信チャネルを通して前記第2通信器が受信した第2秘密情報とに基づいて、前記第1通信器と前記第2通信器との双方に第3秘密情報を生成する第1生成手段と、
前記安全度制御手段の制御に従った秘匿増強処理により、前記第3秘密情報から、前記安全度に応じて決定される盗聴可能性を有する情報量を除去することで最終的に前記共有秘密情報を生成する第2生成手段と、
を有し、
前記複数の通信チャネルは光ファイバ伝送路に多重され、前記共通秘密情報は量子暗号鍵配布技術を用いて生成され、
前記第1通信器は、前記安全度制御手段の制御に従って、前記一の通信チャネルの光パルスの平均光子数を変化させる可変光減衰手段をさらに有し、
前記安全度は、盗聴されうる情報量を完全に排除した完全秘匿増強処理により残留する安全な秘密情報の情報量と、前記秘匿増強処理により残留する秘密情報の情報量と、に基づいて決定され、前記光パルスの平均光子数は前記安全度の増大に応じて減少する関係を有し、
前記第3秘密情報から除去される盗聴可能性を有する情報量および前記平均光子数の両方を、前記安全度および前記共有秘密情報の量に従って、変更することを特徴とする秘匿通信システム。 - 予め生成された複数の共有秘密情報を格納する格納手段を更に有し、前記共有秘密情報を更新するときには前記格納された複数の共有秘密情報から1つを選択することを特徴とする請求項6に記載の秘匿通信システム。
- 複数の安全度ごとに予め生成された複数の共有秘密情報を格納する格納手段を更に有し、前記共有秘密情報を更新するときには、入力された安全度に対応して前記格納された複数の共有秘密情報から1つを選択することを特徴とする請求項6に記載の秘匿通信システム。
- 前記第1通信器および前記第2通信器のいずれか一方が前記安全度を他方の通信器へ通知し、
前記第1通信器および前記第2通信器の双方が前記安全度に応じて秘匿増強設定を行ない、秘匿増強処理において、前記第3秘密情報から、前記安全度に応じて決定される盗聴可能性を有する情報量を除去することで最終的に前記共有秘密情報を生成することを特徴とする請求項6−8のいずれか1項に記載の秘匿通信システム。 - 予め生成された複数の共有秘密情報を格納する格納手段を更に有し、前記共有秘密情報を更新するときには前記格納された複数の共有秘密情報から1つを選択することを特徴とする請求項6に記載の秘匿通信システム。
- 複数の安全度ごとに予め生成された複数の共有秘密情報を格納する格納手段を更に有し、前記共有秘密情報を更新するときには、入力された安全度に対応して前記格納された複数の共有秘密情報から1つを選択することを特徴とする請求項6に記載の秘匿通信システム。
- 複数の通信チャネルにより他の秘匿通信装置に接続された秘匿通信装置において、
共有秘密情報に対する安全度に応じて秘匿増強処理制御および一の通信チャネルの光パルスの平均光子数制御を行う安全度制御手段と、
前記一の通信チャネルを通して前記他の秘匿通信装置へ前記安全度に応じて決定される平均光子数の光パルスで第1秘密情報を送信し、当該第1秘密情報と前記一の通信チャネルを通して前記他の秘匿通信装置が受信した第2秘密情報とに基づいて、前記他の秘匿通信装置との間で第3秘密情報を共有する第1生成手段と、
前記安全度制御手段の制御に従った秘匿増強処理により、前記第3秘密情報から、前記安全度に応じて決定される盗聴可能性を有する情報量を除去することで最終的に前記共有秘密情報を生成する第2生成手段と、
を有し、
前記安全度は、盗聴されうる情報量を完全に排除した完全秘匿増強処理により残留する安全な秘密情報の情報量と、前記秘匿増強処理により残留する秘密情報の情報量と、に基づいて決定され、前記光パルスの平均光子数は前記安全度の増大に応じて減少する関係を有し、
前記第3秘密情報から除去される盗聴可能性を有する情報量および前記平均光子数の両方を、前記安全度および前記共有秘密情報の量に従って、変更することを特徴とする秘匿通信装置。 - 複数の通信チャネルにより他の秘匿通信装置に接続された秘匿通信装置において、
共有秘密情報に対する安全度に応じて秘匿増強処理制御および一の通信チャネルの光パルスの平均光子数制御を行う安全度制御手段と、
前記一の通信チャネルを通して前記他の秘匿通信装置が前記安全度に応じて決定される平均光子数の光パルスで第1秘密情報を送信し、当該第1秘密情報と前記一の通信チャネルを通して前記他の秘匿通信装置から受信した第2秘密情報とに基づいて、前記他の秘匿通信装置との間で第3秘密情報を共有する第1生成手段と、
前記安全度制御手段の制御に従った秘匿増強処理により、前記第3秘密情報から、前記安全度に応じて決定される盗聴可能性を有する情報量を除去することで最終的に前記共有秘密情報を生成する第2生成手段と、
を有し、
前記安全度は、盗聴されうる情報量を完全に排除した完全秘匿増強処理により残留する安全な秘密情報の情報量と、前記秘匿増強処理により残留する秘密情報の情報量と、に基づいて決定され、前記光パルスの平均光子数は前記安全度の増大に応じて減少する関係を有し、
前記第3秘密情報から除去される盗聴可能性を有する情報量および前記平均光子数の両方を、前記安全度および前記共有秘密情報の量に従って、変更することを特徴とする秘匿通信装置。 - 予め生成された複数の共有秘密情報を格納する格納手段を更に有し、前記共有秘密情報を更新するときには前記格納された複数の共有秘密情報から1つを選択することを特徴とする請求項12または13に記載の秘匿通信装置。
- 複数の安全度ごとに予め生成された複数の共有秘密情報を格納する格納手段を更に有し、前記共有秘密情報を更新するときには、入力された安全度に対応して前記格納された複数の共有秘密情報から1つを選択することを特徴とする請求項12または13に記載の秘匿通信装置。
- 前記他の秘匿通信装置へ前記安全度を通知し、
前記他の秘匿通信装置と共に、前記安全度に応じて秘匿増強設定を行ない、秘匿増強処理において、前記第3秘密情報から、前記安全度に応じて決定される盗聴可能性を有する情報量を除去することで最終的に前記共有秘密情報を生成することを特徴とする請求項12または13に記載の秘匿通信システム。 - コンピュータに、複数の通信チャネルにより接続された他の秘匿通信装置との間で共有される共有秘密情報を生成させるプログラムにおいて、
a)共有秘密情報に対する安全度が与えられるステップと、
b)一の通信チャネルを通して前記他の秘匿通信装置へ前記安全度に応じて決定される平均光子数の光パルスで第1秘密情報を送信し、当該第1秘密情報と前記一の通信チャネルを通して前記他の秘匿通信装置が受信した第2秘密情報とに基づいて、前記他の秘匿通信装置との間で第3秘密情報を共有するステップと、
c)秘匿増強処理により、前記第3秘密情報から、前記安全度に応じて決定される盗聴可能性を有する情報量を除去することで最終的に前記共有秘密情報を生成するステップと、
を有し、
前記安全度は、盗聴されうる情報量を完全に排除した完全秘匿増強処理により残留する安全な秘密情報の情報量と、前記秘匿増強処理により残留する秘密情報の情報量と、に基づいて決定され、前記光パルスの平均光子数は前記安全度の増大に応じて減少する関係を有し、
前記第3秘密情報から除去される盗聴可能性を有する情報量および前記平均光子数の両方を、前記安全度および前記共有秘密情報の量に従って、変更することを特徴とするプログラム。 - コンピュータに、複数の通信チャネルにより接続された他の秘匿通信装置との間で共有される共有秘密情報を生成させるプログラムにおいて、
a)共有秘密情報に対する安全度が与えられるステップと、
b)一の通信チャネルを通して前記他の秘匿通信装置が前記安全度に応じて決定される平均光子数の光パルスで第1秘密情報を送信し、当該第1秘密情報と前記一の通信チャネルを通して前記他の秘匿通信装置から受信した第2秘密情報とに基づいて、前記他の秘匿通信装置との間で第3秘密情報を共有するステップと、
c)秘匿増強処理により、前記第3秘密情報から、前記安全度に応じて決定される盗聴可能性を有する情報量を除去することで最終的に前記共有秘密情報を生成するステップと、
を有し、
前記安全度は、盗聴されうる情報量を完全に排除した完全秘匿増強処理により残留する安全な秘密情報の情報量と、前記秘匿増強処理により残留する秘密情報の情報量と、に基づいて決定され、前記光パルスの平均光子数は前記安全度の増大に応じて減少する関係を有し、
前記第3秘密情報から除去される盗聴可能性を有する情報量および前記平均光子数の両方を、前記安全度および前記共有秘密情報の量に従って、変更することを特徴とするプログラム。 - 前記他の秘匿通信装置へ前記安全度を通知し、
前記他の秘匿通信装置と共に、前記安全度に応じて秘匿増強設定を行ない、秘匿増強処理において、前記第3秘密情報から、前記安全度に応じて決定される盗聴可能性を有する情報量を除去することで最終的に前記共有秘密情報を生成することを特徴とする請求項17または18に記載のプログラム。
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